高性能混凝土论文

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1、高性能混凝土论文高性能混凝土的施工控制引言:高性能混凝土是20世纪80年代末90年代初，一些发达国家基于混凝土 结构耐久性设计提出的一种全新概念的混凝土，它以耐久性为首要设计指标，这种 混凝土有可能为基础设施工程提供100年以上的使用寿命。区别于传统混凝土，高 性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特 性，被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采 用，特别是在桥梁、高层建筑、海港建筑等工程中显示出其独特的优越性，在工程 安全使用期、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效益，被认为是 今后混凝土技术的发展方向。目前正在施工的武汉到

2、广州客运专线乌龙泉至花都段 （设计时速350km/h）其主体结构就是采用的是高性能混凝土。本文根据参加该段客 运专线施工的实际经验，谈谈高性能混凝土的施工控制。关键词：高性能混凝土； 施工控制一、什么是高性能混凝土高性能混凝土到目前为止还没有统一的定义，一般认为高性能混凝土是指用常 规的硅酸盐或普通硅酸盐水泥、砂石等做原材料，使用常规制作工艺，主要依靠高 效减水剂和活性矿物掺合料配制的水泥混凝土。高性能混凝土与普通混凝土相比有以下三个特点：1.1高工作度，这是工业化泵送施工的条件，一般坍落度应达到20?2cm，而且不产生过多的泌水。1.2良好的物理力学性能，高性能混凝土应具有较高的强度和体积稳

3、定性。1.3长期的耐久性，这是高性能混凝土最重要的性能指标。高性能混凝土应具 有上百年而不是普通混凝土 40,50年的使用寿命。二、高性能混凝土实现的技术要点2.1低的水胶比，在保证工作度的情况下尽可能减少水的用量。2.2使用高效减水剂以保证在水胶比比较低，胶结材料用量不多的情况下大的 工作度。2.3选择高质量的骨料，高性能混凝土对骨料的颗粒级配和粒径有着更严格的 要求，要求细骨料应选用洁净的砂子，粗骨料应是高强、低吸水性的碎石。2.4掺入活性矿物材料。掺入活性矿物材料可以带来很多益处:？改善新拌混凝 土的工作度。？降低混凝土硬化初期的水化热，减少了温度裂缝。？活性矿物材料与 水泥水化产物Ca

4、(OH)起火山灰反2应，使硬化水泥浆内的空隙细化，提高水泥浆 和水泥浆一骨料界面的强度，提高混凝土的抗渗性，有利于混凝土在酸性环境下的 耐久性。三、高性能混凝土原材料的选择3.1水泥：从化学成分来分一般分为硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥、硫酸盐系水泥或硫铝 酸盐系四种。我们一般常用的硅酸盐系水泥又分为六种:硅酸盐水泥(P.I、P.II)，普通硅酸盐水泥(P.O)，矿渣水泥(P.S)，火山灰 水泥(P.P)，粉煤灰水泥(P.F)，复合水泥(P.C)。(1)硅酸盐水泥，有P.I和P.II 两个编号，其中P.I不掺加任何的矿物混合材料，P.II允许有不超过5%的活性矿 物混合材料；(2)普通硅酸盐水泥，

5、允许以5%,15%的矿物混合材料等量取代硅酸盐 熟料；(3)矿渣硅酸盐水泥，允许以20%,70%的粒化高炉矿渣作为矿物混合材料等量 取代硅酸盐熟料。(4)火山灰质硅酸盐水泥，允许有20%,50%的火山灰质材料作为 矿物混合材料等量取代熟料；(5)粉煤灰硅酸盐水泥，允许有20%40%的粉煤灰等量 作为矿物混合材料取代熟料；(6 )复合硅酸盐水泥，用两种以上矿物混合料以总量 20%,40%取代硅酸熟料。3.3.1在配置高性能混凝土配合比时，我们一般选用普通硅酸盐水泥，这是因为 当用户使用加有上述矿物混合材料的混合水泥时，往往不清楚所加入的矿物混合材 料质量与掺和工艺，而且由于矿渣硬度比熟料大，共同

6、磨细时，水泥中的矿渣颗粒 太粗，矿渣的潜在活性不能充分发挥;所以为了有效控制混凝土的质量并发挥矿料 的作用，在配置耐久性混凝土时宜采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐，同时将矿料以掺 和料的形式作为配制混凝土时的单独组分加入混凝土拌和料中。由于水泥熟料中的 主要成份硅酸三钙(CS)、硅酸二钙(CS)、铝酸三32钙(CA)、铁铝酸四钙(CAF)在不 同厂家中不同品牌水泥的同一种34水泥含量不同，与水发生作用后反应的效果不同，其硬化后的早期强度、后期 强度增长率、抗裂性以及抗化学腐蚀的性能都会有较大差别，应尽可能选择那种水 化速度较慢，水化发热量较小的水泥。同时选择水泥时不能以强度作为唯一指标，不能以为强度

7、高的水泥就一定好。在目前生 产工艺条件下，提高水泥强度(尤其是早期强度)主要依靠增加水泥中的CA、CS的 含量并提高水泥的比表面积来实现，而比表33面积过高将导致水化速度过快，水化热大，混凝土收缩大，抗裂性下降，混凝 土的微结构不良，抗腐蚀性差，从而导致了混凝土的耐久性差。3.3.2水泥含碱量的控制。对水泥含碱量的控制，以往主要是从控制碱骨料反 应的角度去考虑，但施工实践发现，不管是否有活性骨料存在，碱的影响首先表现 为增加混凝土的开裂倾向，但是含碱量太低又会使坍落度混凝土的泌水性增加，所 以现行规范规定，当使用较大掺量的矿物掺和料时，现行标准控制上限为0.8%。3.2骨料：3.2.1 一般指

8、标的控制。要求细骨料应选用洁净的砂子，最好是圆形颗粒的天 然河砂，砂子的细度模数在3.0左右(中粗砂)。粗骨料应是高强、低吸水性的碎石，其颗粒最大粒径不宜超过15,20mm，如混凝土强度等级不是很高可放宽到25mm。尽量排除片状、针状石子。由于骨料中的有害物含量对混凝土的耐久性影响 较大，一般需要严格控制，以我们最常用的C30混凝土来说，原标准中细骨料含泥 量为?3.0，泥块含量为?1.0，云母含量为?1.0，轻物质含量?1.0，而新标准中则分 别为含泥量为?2.5，泥块含量为?0.5，云母含量为?0.5，轻物质含量?0.5;粗骨料 在原标准中含泥量为？1.0，泥块含量为?0.25，针片状颗粒

9、总含量？10，硫化物及硫 酸盐含量?1.0，而新标准中则分别为含泥量为?1.0，泥块含量为?0.25，针片状颗粒总含 量?10，硫化物及硫酸盐含量?0.5，标准均比以前有所提高。3.2.2骨料的级配和粒形的控制。这里需要强调的就是骨料的级配和粒形。我 国混凝土质量不如欧美等发达国家的重要原因之一，在于对骨粒粒形和级配的不够 重视和骨料的质量较差。虽然我国也有关于骨料产品质量的强制性标准，但是目前 生产供应的骨料很少有真正符合标准的。和水泥一样，在骨料的质量中，我国工程 界比较看重的只是与混凝土强度有关的骨料强度和含泥量等指标，对于骨料粒形和 级配的重要性，基本上以为后者不过是多费点水泥的问题，

10、很少从耐久性的角度去 重视骨料的质量。一般天然骨料的强度，对于目前常用的混凝土强度等级（C70以 下）来说其实是足够的，而骨料的其他性能如吸水率、热膨胀系数等对混凝土耐久 性则有重要影响。吸水率大的骨料，配制的混凝土会有较大的长期收缩，影响混凝 土的抗裂性。与卵石相比，碎石混凝土的骨料与浆体的界面有较好的结合，抗裂性 也好些。一般来说粗骨料的最大粒径较小时，混凝土的抗渗性会提高。所以当耐久 性作为主要因素考虑时，骨料的最大粒径宜取小一些。粗骨料的级配和粒形不好，必然要加大混凝土的胶凝材料总量和用水量，不仅 增加混凝土收缩，而且会增加混凝土的渗透性和有害介质在混凝土中的扩散系数。 为了提高耐久性

11、，必然要同时采用低水胶比和低用水量。西方发达国家混凝土的用 水量都较少，先进的混凝土3技术可将用水量减少到130kg/m以下并依然有很好的泵送性，其中的一个关键就是骨料的级配和粒形好，不存在粗骨料的针、片状颗粒问题。所以 配制混凝土的粗骨料都要经过粒形和级配的严格选择，在选择供应商时，首选采用 反击式破碎机生产的粗骨料，其次是锤式破碎机生产的粗骨料，应尽可能拒绝采用 颚式破碎机生产的粗骨料。3.2.3粗骨料的最大粒径的控制。为了保证混凝土浇筑的通畅，骨料的最大粒 径应不超过钢筋最小间距和保护层厚度的3/4，后者同时也是为了保证混凝土保护 层抗渗性的需要。目前在施工中为了少用水泥，往往尽可能增大

12、石子粒径，一些商 品预拌混凝土由于大批量生产也极少变换石子粒径，而设计人员在施工图的钢筋净 间距上又常忽略施工的实际情况和需要，于是混凝土浇筑时的钢筋通过性就很差， 造成混凝土浇筑质量不匀，钢筋下方形成缝隙，并在保护层外表面沿水平钢筋或箍 筋的下方位置出现裂缝，这些均要予以充分重视。这就要求选择配合比时要根据施 工图的设计不同部位来确定选择不同骨料最大允许粒径，而不是同一强度等级，不 论是什么施工部位均采用同一配合比。3.3外加剂外加剂是混凝土的重要组成部分。外加剂对混凝土具有良好的改性作用，掺用 外加剂是制备高性能混凝土的关键技术之一。在混凝土中合理掺加具有减水率高、 坍落度损失小、适量引气

13、，质量稳定的外加剂产品能明显改善或提高混凝土耐久性 能。混凝土中掺入少量引气剂后，就等于是每方混凝土中引入数千亿个微小气泡， 使混凝土的抗冻融性能大大提高。有研究表明，引气剂对混凝土的工作性和匀质性都有所提高，引气剂不仅能减少混凝土的用水量，降低泌水率，更重要的是混 凝土引气后，水在拌合物中的悬浮状态更加稳定，因而可以改善骨料底部浆体泌 水、沉降等不良现象，适量引气已经是配制高性能混凝土的重要手段之一。但并不 是含气量越大越好，一般含气量每增加1%（体积），抗压强度约降低4%,5%，抗折强 度约降低2%,3%。龄期增长后，含气量对混凝土强度的影响也将增大。铁路混凝 土工程质量验收补充标准（铁建

14、设【2005】160号）表3.3规定:混凝土的拌和物 的入模含气量应满足设计要求。当设计无具体要求时，含气量应按表3.3的规定控 制。表3.3混凝土含气量混凝土有抗冻要求环境条件混凝土无抗冻要求D1 D2、D3 D4 含气量（%） ?2.0 ?4.0 ?5.0 ?5.5实践证明用于高性能混凝土的外加剂减水率至少在18%以上，否则达不到低水 胶比的技术要点要求。3.4矿物掺和料掺入一定量的矿物掺和料，可以有效改善和提高混凝土工作性和耐久性。一般 分为活性和非活性两种。活性的有粒化高炉矿渣、火山灰混合材料、粉煤灰、硅灰 等;非活性混合料仅起填充作用，不能改善水泥性质，如石英砂、石灰石、砂岩、 粘土

15、等，我们一般常用粉煤灰及粒化高炉矿渣比较多。3.4. 1粉煤灰。国内外大量研究表明，为有效改善混凝土抗化学侵蚀性能（如氯化物侵蚀、碱骨料反应、硫酸盐侵蚀），粉煤灰最佳替代量一般 应在20%以上。现行粉煤灰的分级标准是同时将烧失量、细度和需水量比作为分级 的主要标准，实际上这样不利于发挥粉煤灰的效用。粉煤灰的品质首先注重烧失量 和需水量，而对细度不必过于苛求。一般来说，粉煤灰的烧失量越大，含碳量越 高，混凝土的需水量就越大。用电收尘方法收取的灰越细，所含玻璃微珠越多，含 碳量低，需水量小，但是产量很少。实际工程选用粉煤灰时，因条件限制不得不采 用烧失量较大的粉煤灰时，必须经过混凝土拌和物性能和耐

16、久性试验证明可行，且 C50以下混凝土用粉煤灰的烧失量不得大于8%，C50以上混凝土用粉煤灰的烧失量 不得大于5%。3.4.2磨细矿渣粉。单独粉磨矿渣用于配置混凝土，可使磨细矿渣的细度至少达到和熟料相同。矿渣越细，活性越高。对于高细度的磨细矿渣，在一定的掺量范 围内，混凝土的强度随掺量的增大而提高，但是混凝土的温升、化学收缩和自收缩 也随着矿渣的掺量增加而增加。所以矿渣的掺量要适度，一般在10,25之间。3.4.3硅灰。在水灰比不变的情况下，掺入硅灰可明显提高混凝土强度，但需 水量随硅灰掺量而增加。硅灰对提高混凝土抗化学腐蚀性有显著效果。但是其高活 性不仅不会降低混凝土的温升，反而使温升提前，不利于减少温度变形，并且增大 混凝土自收缩。硅灰的价格也比较贵，最好和其他需水量小的矿物掺合料合使用。3.4.4其他注意事项。其他一些矿物掺和料也具有较高的的活性，并能提高混凝土抗侵入和抗化学侵蚀的